旋转棱镜补偿器的计算

在旋转棱镜补偿高速摄影机里,旋转棱镜补偿器是一个关键部件。该部件设计的优劣对成象质量影响很大。本文介绍如何用优选法来求得旋转棱镜补偿器的最佳参数(梭镜最佳厚度和最大补偿角)。     

道威棱镜的偏振特性及偏振补偿研究

为了避免机载光电吊舱中共口径光学系统内部由于道威棱镜旋转引起的激光照射脉冲偏振态的变化,利用琼斯矩阵对道威棱镜的偏振特性与四分之一波片、半波片补偿道威棱镜旋转引起的激光脉冲偏振态变化进行了理论分析和实验验证。结果表明:线偏振的激光脉冲通过旋转一定角度的道威棱镜时,激光脉冲偏振态变为椭圆偏振,偏振态发生变化;而激光脉冲首先通过旋转一定角度的四分之一波片与半波片时,可使通过道威棱镜系统的激光脉冲偏振态保持不变,且两波片旋转角度与道威棱镜旋转角度之间存在一种非线性关系。采用偏振补偿方法可有效避免机载共口径光学系统中道威棱镜引起的激光脉冲偏振态变化,提高激光脉冲能量利用率,降低激光脉冲后向散射抑制难度。     

双棱镜改变写入Bragg波长的相位掩模技术

将一种可旋转的双棱镜引入到相位掩模技术中以改变光栅的写入Bragg波长.在该系统中,光纤光栅是由来自可旋转双棱镜所形成的波长为248 nm的紫外干涉条纹写入的,其中,相位掩模被用作 1级衍射光的分束器,通过双棱镜的旋转可改变两写入光束的交叉角.为了初始化Bragg波长的参考值,双光栅的顶角由相位掩模的 1级衍射角和双棱镜的折射率确定.因为在～100 nm范围内两光束的非对称旋转对光栅周期的改变是5×10~(-4) nm,双棱镜引入的光栅的闪耀可忽略.当Bragg波长的移位为1 nm时,棱镜最大的旋转角为～1 degree,最小的旋转角是～2.4 min.与Talbot干涉仪中平面镜的旋转角～23 s/nm相比,该相位干涉仪中棱镜的旋转精度降低了2～3个数量级.     

别汉消旋转棱镜的应用与制造

在某些对物空间进行扫描的光学系统中,如果扫描平面与光学系统的纵轴相垂直,并且目镜是固定的,那么将带来象旋转这一麻烦。为了解决这一问题,可以在系统中引入一个消旋转棱镜,并把它与扫描机构连在一起,用这种方法可消除像的旋转。别汉棱镜就是这样一种棱镜。     

半凸旋转棱镜对光束变换

本文对半凸旋转棱镜对光束变换进行了详细的理论分析，定量计算了变换光束的空间强度分布。结果表明经半凸旋转棱镜变换产生的光束具有“无衍射”性质     

旋转双棱镜光束指向控制技术综述

旋转双棱镜系统通过两棱镜的共轴独立旋转改变光的传播方向,可用于调整光束或视轴指向。与传统的两轴、三轴式光电平台相比,基于旋转双棱镜设计的光束或视轴调整装置具有精度高、结构紧凑、动态性能好等优点,已成为传统光电平台的有益补充。本文分析了双棱镜系统的光束指向调整机制;介绍了国内外相关基础研究的热点问题,主要涉及光束转向机制、光束扫描模式、棱镜回转控制以及棱镜引起的光束变形、成像色差、成像畸变的研究。文中描述了该项技术的应用进展,给出了利用该项技术开发的典型产品以及该项技术在激光光束指向调整和目标搜索、识别与跟踪成像方面的应用。最后,探讨了旋转棱镜在扫描模式、光束质量、成像色差与畸变、回转控制等方面面临的技术难题,并对其发展趋势进行了展望。     

旋转双棱镜引起的成像畸变及其校正

针对旋转双棱镜扫描成像中棱镜引起的成像畸变进行研究并通过逆向光线追迹对其实施校正。为估算畸变的特点和程度,根据视轴指向及视场尺寸确定棱镜转角和入射光方向,基于矢量形式的折射定律对视场跨度内的光线通过两棱镜实行追迹。以锗棱镜的红外成像及玻璃棱镜的可见光成像为例模拟成像变形。结果表明,图像沿着偏离系统轴的方向被压缩。偏转角越大,图像变形越突出。为校正成像畸变,从像点通过棱镜实行逆向光线追迹。针对可见光成像搭建旋转双棱镜扫描成像系统并分析其成像畸变,结果表明成像畸变的模拟预测与实验观测结果相符。无论针对模拟图像还是实际图像,逆向光线追迹都能有效地校正成像畸变,改善成像质量。该畸变分析及其校正方法对旋转双棱镜成像应用具有一定的参考价值。     

减小外差干涉一次谐波非线性误差的方法

为了补偿激光外差干涉纳米测量中的非线性误差,提出了一种减小非线性误差的一次谐波方法。基于全反射理论分析了镀膜实体角锥棱镜反射光偏振特性,并由此推导出角锥棱镜反射光偏振特性及测量角锥棱镜以其运动方向为轴线的轴向旋转对激光外差干涉非线性误差一次谐波的影响模型。理论分析表明,测量角锥棱镜以其运动方向为轴线的轴向旋转会减小非线性误差一次谐波,当测量角锥棱镜轴向旋转97°时,可使非线性误差一次谐波达到最小,约为原有非线性误差一次谐波分量的1/20倍。当激光器出射的两束线偏振光存在6°非正交误差时,镀膜实体测量角锥棱镜轴向旋转角度从0°增加到97°,非线性误差一次谐波由5.30 nm减小到0.30 nm。     

利用一块相位掩模和两块棱镜改变光纤光栅的写入Bragg波长

一种相位掩模干涉仪被用于写入不同的Bragg波长的。在该系统中,光纤光栅是由来自两可旋转棱镜所形成的紫外干涉条纹写入的,其中,相位掩模被用作&;#61617;1级衍射光的分束器。并且,当两块顶角由相位掩模的&;#61617;1级衍射角和棱镜折射率确定的棱镜的底部相互平行放置时,该相位掩模给出了Bragg波长的参考值。当Bragg波长的移位为1 nm时,棱镜最大的旋转角为1 degree,最小的旋转角是~2.4 minute。与Talbot干涉仪中平面镜的旋转角~23 second/nm相比,该相位干涉仪中棱镜的旋转精度降低了2~3个数量级。替代了许多具有不同光栅周期的相位掩模,该可调谐相位掩模干涉仪仅用一块相位掩模和两块旋转棱镜就实现了写入具有不同Bragg波长的光栅。     

直角棱镜扫描器分析

用旋转直角棱镜系统可以同时替代传统f—θ透镜系统和旋转多面体反射镜两个光学部件,实现高精度的光束恒速扫描。本文对此旋转直角棱镜系统进行了较为全面的分析,主要包括原理分析,线性系数k值的确定,参数误差的影响等,并且给出了一些计算结果。     

基于旋转双棱镜的光束复合跟踪控制技术

提出一种基于旋转双棱镜的光束复合跟踪技术,用于取代传统伺服转台实现精密的光学跟踪。首先,建立双棱镜的光束偏转模型,详细推导光束偏转矢量与双棱镜转角间的转换关系,并对跟踪过程中的棱镜旋转非线性问题进行了分析。提出基于快速反射镜进行光轴修正的双棱镜光束复合跟踪方法,通过建立偏转光轴与光学基台间的扰动耦合关系,实现了对双棱镜转速的实时补偿,并改进棱镜控制器以提高光束控制性能。搭建实验系统,对旋转双棱镜复合跟踪技术进行验证。在动态跟踪实验中,采用改进控制器的双棱镜的控制精度明显提高,相较于比例-积分-微分控制器和线性自抗扰控制器,所提出的改进控制器使棱镜的控制精度分别提高58.33%和32.81%,并使跟踪误差由改进前的49.03μrad和38.88μrad降低为31.15μrad。开启视轴补偿后跟踪性能进一步提高,总跟踪误差降至7.49μrad,跟踪精度提高4.16倍。实验结果表明,光束复合控制能有效提高双棱镜的跟踪精度,验证了所提方法的有效性。     

分时偏振成像系统中光束偏离的补偿方法研究

分时偏振成像系统需要通过旋转检偏器获取场景的偏振信息(I, Q, U), 检偏器的前后表面间不平行(也称为楔角)将导致成像光束发生偏离且随检偏器旋转而旋转, 这将降低偏振成像系统的空间分辨率和偏振测量精度. 本文提出调整检偏器相对于入射主光轴倾斜角的方法来补偿上述光束偏离. 以格兰棱镜作为检偏器, 根据几何光学理论, 推导了分时偏振成像系统光束偏离的一阶近似补偿模型, 获得倾斜角与格兰棱镜楔角之间的函数关系, 并通过仿真模拟验证了该补偿方法的可行性和有效性. 研究结果表明, 将格兰棱镜置于汇聚光路中, 光束偏离的一阶误差可以通过调节格兰棱镜的倾斜角有效补偿; 倾斜角大小与棱镜折射率、楔角及棱镜距电荷耦合元件靶面的距离成正比, 与棱镜厚度成反比. 该结果为研制高精度分时偏振成像系统提供了切实可行的理论依据.     

角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr4+:YAG被动锁模激光器的研究

理论分析并数值模拟了腔内光强随角锥棱镜旋转的变化,实验证明在角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr4 :YAG被动锁模激光器中,偏振耦合输出得到了锁模深度和锁模几率近乎100%的线偏振被动锁模脉冲输出.通过旋转角锥棱镜改变偏振耦合输出、调节腔内光强,可以得到被动锁模和被动调Q两种状态的脉冲输出,脉冲能量166.5 mJ/pulse,脉冲动静比高达59.7%.     

透镜棱镜对光波面作用的研究

光在透镜中传播时光线发生偏折,即光波面形状发生改变,若透镜为均匀透明介质,两工作面为旋转二次曲面,则在透镜内的光波面也为旋转二次曲面,但与工作面形状不同,由具体的透镜工作面形状和折射率决定。光在棱镜中传播时也发生偏折,但由于工作面是平面,所以研究棱镜中的光传播时,入射光一般取平行光,在棱镜中光波面也是平面波。现就具体几种情况分别阐述如下。     

恒偏向高分辨率变束棱镜光谱仪

现有的各种棱镜光谱仪器中,色散分光棱镜都采用等腰或等边棱镜(简称三棱镜),棱镜顶角一般为58-63°.这种棱镜都工作于最小偏向角状态,这时光线的出射角等于入射角,棱镜内的光线平行于底边,而出射光束宽度显然等于入射光束宽度,即两侧光束是对称的.当旋转棱镜时,满足上述条件波长的单色光即被分离出来.这就是单色仪的工作原理.对于摄谱仪器,只有一个波长工作于最小偏向角,其他则近似工作于最小偏向角,但其出射光束宽度仍等于成近似等于入射光束宽度.我们把这种等束工作的棱镜称作“等束棱镜”.至今,所有棱镜光谱仪器中的分光棱镜,均是这种棱…     

高速电影经纬仪中消像旋转部件光学装校

由二块反射镜跟踪活动目标的经纬仪,它所获目标的像必然带来象的旋转,为了消除这一像的旋转;该仪器中使用了△棱镜消像旋转部件,示意图见图一。     

光波导技术同步测量棱镜及波导薄膜参数

依据全反射理论和棱镜耦合原理,实现了对棱镜折射率及波导薄膜材料折射率和厚度的同步测量。使用高准直半导体激光器激光入射到棱镜内部与波导膜的分界面上,逐步旋转棱镜或改变棱镜的入射角,得到棱镜耦合M线,曲线前面几组的波谷为波导模激发,在M线左侧收尾处有一个不完整波峰,其反射光强随入射角迅速衰减,为全反射时的临界点,由此可实现棱镜及波导薄膜参数的同步测量;用此法测量了棱镜耦合一体化平面波导棱镜的折射率和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚合物波导薄膜的折射率和厚度。测量棱镜折射率精度为±1.9×10-4,波导薄膜折射率和厚度的精度分别为±6.2×10-4 μm和±1.6×10-2 μm。     

空气隙厚度对格兰-泰勒棱镜透射光强扰动影响的理论分析

以格兰–泰勒棱镜为例,根据实验现象对透射光强随旋转角扰动的原因进行了理论分析。通过泰勒棱镜的单色偏振光束在空气隙处发生多束光的干涉,使得透射光强依赖于入射角的大小。实验中棱镜振动引起入射角的微小扰动,导致了透射光强的扰动。着重分析了泰勒棱镜空气隙的厚度对于扰动的影响,并在此基础上讨论了减小扰动的方法,通过选取合适的空气隙厚度以及对棱镜的结构角做相应的调整可有效地减小扰动。     

16mm旋转棱镜式高速摄影机的研制

16mm旋转棱镜式高速摄影机由于频率适中,调频范围大,而且能够将底片直接进行放映,供人们反复观察研究,同时由于轻巧,使用方便,因而对于大量的科学实验工作是一个有力的工具。 我校精密代器系于一九六五年试制了16mm旋转棱镜式高速摄影机,经过摄影试验,结果尚满意,最高频率达1550幅/秒(画幅尺寸为7.62×10.5mm),该机曾在天     

基于双Wollaston棱镜的对称分束角偏光分束镜

给出了基于双Wollaston棱镜的对称分束角偏光分束镜的一种新的设计思想,即通过改变组成棱镜的三部分之一的晶体光轴的方向来实现出射光束的对称分束,并研究了晶体光轴的旋转角与棱镜的结构角以及光波长的关系。结果表明,这种设计不但能实现光束的对称分束,而且还具有良好的偏光性能。